专利名称：一种远场微波育种方法
技术领域：
本发明属于育种技术领域，具体涉及一种远场微波育种方法。
背景技术：
粮食安全对中国这个人口大国的重要性不言而喻，研究农作物育种技术，提高农 作物产量，并保障粮食在基因方面对人类的安全性，是当前农业科学领域的一个重大课题。目前，在我国采用的农作物育种技术主要有5种杂交、诱变、单倍体、多倍体、基 因工程。杂交技术是利用连续自交，不断选种的方法，使得作物的基因重组，从而得到优化 品种。它的缺点在于育种年限长，需连续自交不断择优汰劣才能选育出需要的类型。诱变技术是利用辐射、化学药物等诱发种子的基因发生突变。缺点在于基因突变 的方向不确定，且有利变异较少。单倍体和多倍体育种均是利用秋水仙素诱使作物染色体变异。相对于杂交技术来 说，能够缩短育种时间，但过程繁杂，技术要求高，且一般需要进行多次诱导，并配合杂交技 术，才能实现大规模生产。基因工程育种即使用内切酶和连接酶，直接修改作物的DNA，从而得到具有理想基 因的作物种子。转基因食品对人类有无害处目前尚无定论，世界各国均持谨慎态度。在各种育种方法中，目前太空育种是最有成效且未发现副作用的育种方法。太空 育种即将作物活性种子放入太空飞行器，经过发射、太空环境、回收，在地面上进行培育。太 空育种对作物增产效果极大，且尚未发现对作物有不良影响，但成本极高，对推广不利。目 前，很多学说均将太空育种归属于诱变育种的范围，认为太空环境诱使种子基因发生了有 利的突变。目前诱变育种中的一些方法如采用核辐射即伽玛射线、X射线、氦氖激光对作物 种子进行辐照来获得优化种子。这些方法取得了一定的效果，大部分学说将其归结为电磁 辐照引发了种子的基因突变。这些方法诱发的基因突变，方向性不确定，且有利异变少，存 在较大的风险性。目前归属于诱变育种的还有微波辐照育种。现有的微波辐照育种技术，均采 用2400-2500MHZ、中心波长122mm的微波进行近距离辐照，即采用近场微波，这是由目前 2450MHz微波源生产工艺所决定的。例如专利号为03140115. 5的《作物微波诱变育种新技 术》、专利号为200910147796. 2的《种子微波场处理设备》等。近场微波照射距离一般小于 50mmo近场微波无法避免热斑现象，即微波能量在辐照面呈不均勻的斑点状分布。相对 其他辐照区域，斑点处的微波辐照强度极高，容易损伤甚至完全杀死活性种子。且微波源距 照射对象近，对生产大规模批量育种设备也不利。现有育种技术在具体增产幅度方面，目前未发现微波辐照育种技术的相关报道， 而俄罗斯《自然》月报曾报道利用氦氖激光照射小麦、黄瓜等作物后，增产达到20%。
综上可知，现有微波辐照育种技术，无法达到大规模批量优化处理活性种子的要 求，即无法投入实际农业生产，暂时只能制作实验样品。
发明内容
本发明的目的是提出一种远场微波育种方法，该远场微波育种方法能在不改变作 物基因的前提下，显著提高作物的产量，安全性高，具有极大的经济效益和社会效益。本发明的技术解决方案如下一种远场微波育种方法，采用微波对活性种子进行照射处理，所述的微波频率为 915士30兆赫，微波源与照射对象即活性种子的距离为100 500毫米。微波照射活性种子的时间为2分钟 2小时。微波照射活性种子时的照射方式为连续方式和间歇方式。其中间歇方式可以是多 种情况，比如周期为55分钟，每一个周期中，连续照射达到45分钟时，停止照射10分钟。所述的活性种子为根茎类作物、瓜果类作物或稻谷、玉米或小麦的种子。本发明的技术构思如下本发明的构思基于一个新理念或者说是基于一个新的发现生物对于能量是有记 忆性的。能量一经作用于生物体后，生物体对能量即产生一种记忆。即使该种能量消失，生 物体仍然会保持对该能量的记忆，这种现象问我们称之为能量记忆效益。植物和动物一样， 本身是具有潜能的，但需要外界的激发。能量记忆就是种子潜能的一个很好的激发因素。我们认为太空育种的成功并非由于太空环境使种子的基因发生了突变，而是在火 箭发射、回收的严重超重或失重过程中，巨大的能量的作用，主要是超乎寻常的动、势能的 相互转换，使活性种子产生了极大的能量记忆，从而极大激发了种子的潜能，达到了很高的 增产幅度。对于采用核辐射即伽玛射线、X射线、氦氖激光对作物种子进行辐照来获得优化种 子的方法，我们认为这些方法确实引起了基因突变，但所取得的效果尤其是不改变作物特 性的增产效果，至少大部分是因为能量记忆刺激种子潜能导致的。反而基因突变具有不可 知的风险，且对种子具有一定的伤害，是应当尽量避免的。微波相对于伽玛射线、X射线以及光波来说，频率较低，粒子性较弱；近年来，微波 能量传送的研究和应用，说明微波在能量传递上具有其他电磁波所不具备的优点；多种人 体微波热疗仪在临床医学上的成功应用说明，适量微波辐照对生物体，至少对人体是有益 处的。基于以上几点，因此，用微波辐照使种子形成能量记忆，进而激发种子潜能，是一种较 好的增产方法。根据能量记忆的原理进一步分析如下使用电磁波对作物种子进行辐照，辐照所采用的电磁波具有波粒二象性，电磁波 的频率越高，则粒子性越强，波动性越弱。粒子性强，则对作物种子的损伤越大，对基因的诱 变性也越强；而波动性强，则对作物种子分子的作用力也越强，作物种子的能量记忆效应也 越强。现有微波辐照方法所采用的电磁波，频率都是很高的，如2400-2500MHZ，粒子性较强， 容易诱发种子的基因突变。因此如果主要利用作物种子的能量记忆效应来激发种子潜能， 而尽量不引发基因突变，则应当降低电磁波频率。随着电磁波频率的下降，其波长增加，对照射对象的能量效应密度也随之降低，将导致波源能量利用效率降低，辐照时间增长。因此，对作物种子进行电磁波辐照，利用能量 记忆效应时，应当有一个最佳照射频率存在。这个最佳频率受到以下条件制约粒子性不 强，不易诱发基因突变；穿透性不弱，便于实现大批量辐照；能量效应不弱，便于实现较短 时间照射见效，适应大规模生产要求。因此，我们提出了远场微波育种的方法，采用915士30兆赫微波，使用远场照射来 使作物种子获得能量记忆，进而激发种子潜能。有益效果相对于现有育种技术，根据目前所能检索的报道以及本发明的实验结果来看，本 发明的增产效果最好。另外，本发明还具有以下优点1.本发明为原创性、开拓性的发明本发明的育种方法是基于能量记忆效应获得 的，是一种革命性的开创性的育种方法，获得的实施效果令人振奋，比如在白术育种和种植 的实验中，根茎重量已经达到了空白样的3倍多，而且引起基因突变的可能性微小，该方 法实施的安全性高。本发明克服了本领域长期以来在育种过程中的近场微波辐照中使用 2400-2500MHZ微波的技术偏见，采用IGHz以下的微波，并基于远程微波辐照，使得作物的 产量呈几倍地提升，即取得了意想不到的极为显著的技术效果。2.本发明在基因方面的育种安全性高相对于基因工程，本发明以激发种子潜能 为主，基因突变可能性微小，安全度高。现阶段，转基因的粮食、蔬菜和经济作物等(如转基 因大豆、玉米、西红柿、大米等)有泛滥趋势，已经在人类社会造成极大的恐慌，在粮食安全 日益凸显的今天，这一优点带来的巨大的社会效益是极为重要的。3.对种子损伤小相对于诱变育种技术，本发明基因突变可能性小，育种安全度 高。远场微波的辐照更加均勻，不会出现热斑现象，对种子无伤害。从实验结果来看，所有 种子均顺利发芽，可知本发明对种子损伤可以忽略；4.适合于批量生产相对于杂交育种技术，在找到最佳辐射方式后，本发明的育 种周期即照射周期可以忽略，且产量只与生产规模有关；有利于批量生产。另外，单倍体和 多倍体技术利用秋水仙素诱使作物染色体变异，且一般需要进行多次诱导，并配合杂交技 术，才能实现大规模生产。相对于单倍体、多倍体育种技术来说，本发明过程简单，技术要求 低，容易实现批量生产；综上所述，本发明基于植物的能量记忆效应，使用远程微波照射方式进行育种，以 激发种子本身具有的潜能，这种方式改变种子基因的可能性微小，安全性高，且产量显著提 高，同时，还具有育种周期短、实施方便、适合于大规模批量生产等优点，因此，本发明具有 极大的经济效益和社会效益。
具体实施例方式本发明采用的方法是使用频率为915MHz士30MHz，中心波长为328mm的远场微波 对农作物活性种子进行有规律地照射处理，获得具有大幅增产、提质效果的农作物优化活 性种子。本发明采用的方法涉及到的几个参数，分析如下照射距离为IOOmm 500mm。距离过近，则无法保证远场微波照射，而距离过远，则 微波能量衰减过多，能量利用效率降低。远场微波的辐照更加均勻，不会出现热斑现象，对种子无伤害；而辐射源和辐照对象间的距离拉长，更易于实现大型育种设备，可满足大规模 批量育种的要求。辐照微波频率降低为915士30兆赫，将使降低微波的粒子性，提高其波动性，使微 波能量更多的集中于带动种子的极性分子上，使之发生更剧烈的扭动摩擦，使得能量记忆 效应增强，更好地激发作物种子的潜能。照射功率为400W 5kW，保证给予照射对象适中的能量影响。功率过小，则能量达 不到造成种子能量记忆的要求，功率越大，则照射对象获得的能量越大，但也越容易产生过 照射，损伤种子活性。实施例 本发明已经使用白术进行了育种试验，试验结果表明，本发明能极大幅度增加白 术产量。试验过程与结果简列如下1. 2010年3月15日对12. 5千克白术种子均分为5份样种，其中4份采用4种不 同模式进行辐照处理，另一份不做任何辐照处理。辐照使用设备为UHR-2000型微波热疗 机，辐照频率均为915MHz士30MHz，其他辐照参数详见下表。2. 2010年4月24日播种于湖南省平江县龙门镇连云山白术幼苗基地，采取同等培 养条件。培养条件简列如下基地海拔约50m ；室外无大棚培育；温度范围零下5摄氏度 40摄氏度。3. 2010年9月17日12:00到12:30间，每个样种随机抽取一些幼苗。因为经过照 射处理后的幼苗长势快，部分已结花球，故前4个样种，每个样种又分为两个样品号，每个 样品号25株；空白样种都未结花球，故抽取25株幼苗，共5组，200株幼苗；4. 2010年9月18日上午10:00到12:00间对五组幼苗进行测量比对，测长使用普 通毫米尺，测重使用日本SHIMADZU公司的AUY120型精密电子称，精度为0. 1毫克，结果如
下表。其中长度距离单位均为毫米，重量单位为克，功率单位为瓦。
权利要求
一种远场微波育种方法，其特征在于，采用微波对活性种子进行照射处理，所述的微波频率为915±30兆赫，微波源与照射对象即活性种子的距离为100～500毫米。
2.根据权利要求1所述的远场微波育种方法，其特征在于，微波照射活性种子的时间 为2分钟 2小时。
3.根据权利要求1所述的远场微波育种方法，其特征在于，微波照射活性种子时的照 射方式为连续方式和间歇方式。
4.根据权利要求1-3任一项所述的远场微波育种方法，其特征在于，所述的活性种子 为根茎类作物、瓜果类作物或稻谷、玉米或小麦的种子。
全文摘要
本发明公开了一种远场微波育种方法，使用远场微波对农作物活性种子进行有规律地照射处理，利用能量记忆效应刺激活性种子潜能，获得具有高增产效果的农作物优化活性种子。已进行的白术育种等实验表明，相对于其他获得农作物优化活性种子的方法，本发明在提高产量方面具有显著优势，而且造成种子基因突变的可能性微小，安全性高，并且本发明易实现优化品种多样化和投入生产实践，因此，本发明具有巨大的经济效益和社会效益。
文档编号A01C1/00GK101978804SQ20101029740
公开日2011年2月23日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者周冰航, 曾文海, 李臻君 申请人:曾文海;李臻君;周冰航